PARÇACIK FİZİĞİNİN KISA TARİHİ: ELEKTRON’UN KEŞFİ VE MEZONLAR

1.657 Views

Parçacık fiziği, madde ve antimaddenin kuantum alan teorisi kullanılarak tanımlanan temel etkileşimlerinin ve taşıyıcı parçacıkların da dâhil olmak üzere tüm temel atom altı parçacıkların incelendiği fizik dalıdır. Kulağa oldukça karmaşık gelen bir tanıma sahip olan bu konu, son dönemlerin belki de en çok ilgi çeken alanlarından biri. Peki, parçacık fiziği neden bu kadar ilgi çekiyor? Her şey nasıl başladı?

İLK PARÇACIĞIN GÖZLEMLENMESİ

Parçacık fiziğinin 1897’de J.J. Thomson’un elektronu keşfi ile başladığı söylenilebilir. Thomson sıcak bir filamentten yayılan katot ışınlarının manyetik alandan etkilendiğini ve yollarından saptıklarını biliyordu. Bu tepkinin sebebini onların elektron yüküne sahip olmaları ile açıkladı.

Thomson çalışmalarından edindiği bilgileri kullanarak ışınların hiçbir şekilde sapamayacağı bir ortam oluşturdu ve bunun için elektrik ve manyetik alanı düzenleyip ışınları düz bir şekilde gönderdi. Bu deney ile parçacıkların hızlarının kütlelerine oranını hesaplayan bilim insanı iki sonuç çıkardı: ya yük çok büyüktü ya da kütle çok küçük.

Thomson diğer gözlemlerinden de yola çıkarak kütlenin çok küçük olduğu sonucuna vardı ve bu katot ışınlarının oldukça küçük kütleye sahip parçacıklardan oluştuğunu işaret ediyordu. Bu küçük kütleli parçacıkların atomun temel parçacıklarından olduğunu söyleyen bilim insanı oldukça isabetli bir tahminde bulunmuştu. Bahsi geçen parçacıklara “elektron” ismi verildi ve harikalar diyarının kapısı aralandı.

BOHR MODELİNDEN YUKAWA’NIN MEZONUNA

Elektronun keşfi ile birlikte parçacık fiziği alanında pek çok deney yapılmaya başlandı. Örneğin Rutherford, alfa parçacıkları ile yaptığı deneyde hidrojen atomunun merkezindeki pozitif yüklü ve neredeyse atomun tüm kütlesine karşılık gelen çekirdeği gözlemledi ve ona  “proton” ismini verdi.

Daha sonra 1914 yılında Niels Bohr, hidrojen atomunu Güneş sistemine benzetti. Modele göre proton tıpkı Güneş gibi merkezdeydi ve elektronlar da tıpkı gezegenler gibi yörüngelerde dolanıyordu. Bohr, bu zıt yüklü parçacıklar arasındaki karşılıklı çekim kuvvetinin onları bir arada tuttuğunu söyledi.

Öte yandan Hidrojen ile yapılan deneylerde hesaplar ile sonuçların oldukça uygun olması şaşılacak bir durum değildi çünkü bu atom, bir elektron ve bir proton içerir ve çekirdeğinde nötron bulunmaz. Deneylerde Helyum kullanılırsa elde edilen sonuçların hesaplamalara uymadığı görülecekti ve tıpkı bu şekilde de oldu.

Helyum atomu Hidrojen ’den bir fazla elektron, yani iki elektron, içermesine rağmen ondan 4 kat daha ağırdı. Neyse ki J. Chadwick 1932’de protonun yüksüz ikizi “nötron”u keşfetti ve bu ilginç durum çözüldü. Çekirdekte protonla beraber nötronlarda vardı ve kütle farkının sebebi buydu. Ancak her şey yeni başlıyordu sevgili okurlar. Dirac’ın pozitronu, Pauli’nin nötrinosu ve Yukawa’nın mezonu parçacık fiziğinde çığır açmaya hazırlanıyordu.

Biliyoruz ki zıt yükler bir birini çeker, aynı yükler ise iterler. Peki, nasıl oluyor da protonla dolu ağır çekirdekler parçalanmadan kalabiliyor? Fizikçiler o dönemlerde çekirdeği bir arada tutan bu kuvvete “güçlü kuvvet” dediler ancak ilk başarılı kuram Yukawa’dan geldi.

1934’te yayınlanan kurama göre proton ve nötronlar bir alan sayesinde çekirdekte bir arada duruyorlardı. Yukawa böyle bir etkiyi oluşturabilecek olan parçacığın sahip olması gereken özellikleri düşündü ve bu parçacığın kütlesini belirlediği kurallara bağlı kalarak hesapladı. Çekirdeğin dağılmadan kalmasını sağlayan bu parçacık elektrondan 300 kat daha ağır olmalıydı ve Yukawa, bu parçacığa orta ağırlıklı anlamına gelen ‘mezon’ ismini verdi.

1937’de kozmik ışınlar ile deneyler yapan iki araştırma grubu mezona benzeyen parçacıkları gözlemlediler ancak bir sorun vardı: parçacıkların kütleleri hesaplanan kütleden çok daha hafif çıkıyordu ve her bir ölçümde başka bir sonuç elde ediliyordu. On yıl sonra, 1947’de, iki farklı mezon türünün varlığı anlaşıldı. Pi-mezon Yukawa’nın varlığını tahmin ettiği mezonuydu ve diğeri de müon olarak anılan mü-mezondu. 

Acayiplikler henüz başlamamıştı bile… Bir sonraki yazıda Dirac’ın Pozitronunun yani Antimadde ’nin keşfinden bahsedeceğim. Sağlıcakla kalın.

Ayşe Uçak
Ayşe Uçak

Uzun yaşayın ve bilgili olun dostlarım.

KAYNAK

https://home.cern/science/physics/subatomic-particles

https://www.nature.com/subjects/particle-physics

Tagged , ,

1 thought on “PARÇACIK FİZİĞİNİN KISA TARİHİ: ELEKTRON’UN KEŞFİ VE MEZONLAR

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.